CN114659747A - 便携免采集单向阶梯式风沙流采集仪 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种便携免采集单向阶梯式风沙流采集仪，涉及集沙仪技术领域。该采集仪包括集沙筒和声波式采沙模块，多个集沙筒层叠设置、呈现阶梯式布局，每个集沙筒上开设入沙口和排沙口；声波式采沙模块的声波采集器安装在每个集沙筒的底部，用于承受风沙流中沙粒的撞击，声波式采沙模块根据撞击产生的声波，统计出沙粒的数量a、质量m以及总质量M。便携免采集单向阶梯式风沙流采集仪不仅实现自动记录采集，而且弥补现有风蚀传感器不能记录超过粒径范围的沙粒的缺陷和不足，还能实现对不同高度的沙粒的采集，采集到的总质量M对于风沙流结构特征的研究具有代表性，减小了输沙率与实际输沙率之间的误差，对土壤抗风蚀能力的评估精度也更高。
Description
技术领域
本发明涉及集沙仪技术领域，具体而言，涉及一种便携免采集单向阶梯式风沙流采集仪。
背景技术
输沙率是指风沙流在单位时间内在单位宽度上输运的沙量，也称为单宽输沙率。输沙率是衡量风沙流挟沙量的重要参数，它与风速的关系直接影响沙漠迁移和扩展，是长期以来人们集中研究的核心课题之一，其观测主要采用集沙仪观测。
目前，科学界的集沙仪观测主要有三种方式。第一种是人工收集式集沙仪，即用收集盒、桶、袋等容器将运移的沙粒收集起来，之后人工将其带回称重获得数据，其劣势是需要人工定期采集称重。第二种是基于前者，将称重传感器放置在容器底部，继而获取数据，虽在一定程度可以获取动态数据，但让需人工定期清理，如容器满后，数据作废。第三种是基于电流的变化，称为风蚀传感器，其利用沙粒击打在传感器上，利用沙粒对电流产生的影响，继而获得沙粒数量和能量，但此方式存在的缺点是只有固定粒径范围内的沙粒才能记录，超过粒径范围的沙粒无法记录。
发明内容
本发明的目的包括提供了一种便携免采集单向阶梯式风沙流采集仪，其能够利用沙粒击打产生的声波，统计出沙粒的数量和质量，不仅实现自动记录采集，而且弥补现有风蚀传感器不能记录超过粒径范围的沙粒的缺陷和不足。
本发明的实施例可以这样实现：
本发明提供一种便携免采集单向阶梯式风沙流采集仪，便携免采集单向阶梯式风沙流采集仪包括：
多个集沙筒，多个集沙筒层叠设置、呈现阶梯式布局，每个集沙筒上开设入沙口和排沙口；
声波式采沙模块，包括声波采集器，声波采集器安装在每个集沙筒的底部，声波采集器用于承受风沙流中沙粒的撞击，声波式采沙模块根据撞击产生的声波，统计出沙粒的数量a、质量m以及总质量M。
本发明实施例提供的便携免采集单向阶梯式风沙流采集仪的有益效果包括：
1.风沙流中夹带的沙粒撞击到声波采集器会产生声波，声波式集沙模块根据撞击产生的声波，统计出沙粒的数量a和质量m，从而能够计算出特定时间段内撞击到声波采集器的沙粒的总质量M，起到集沙仪的功能；
2.多个集沙筒层叠设置、呈现阶梯式布局，每个集沙筒上开设入沙口和排沙口，每个集沙筒的底部都安装有声波采集器，能实现对不同高度的沙粒的采集，采集到的总质量M对于风沙流结构特征的研究具有代表性，进一步，减小了输沙率与实际输沙率之间的误差，对土壤抗风蚀能力的评估精度也更高；
3.便携免采集单向阶梯式风沙流采集仪几乎适用于所有粒径范围的沙粒，只要沙粒能够撞击到声波采集器上发出声响即可，使用范围受到环境的影响较小。
在可选的实施例中，集沙筒的外形为长方体，长方体包括相对设置的前侧面和后侧面，入沙口开设在整个前侧面上，声波采集器安装在后侧面的内侧。
这样，集沙筒的结构形式简单、生产方便，多个集沙筒组装快捷，层叠在一起稳定性较好，更能适应具有风沙流的野外环境。风沙流从集沙筒的前侧面上的入沙口进入能够完全撞击到后侧面上的声波采集器，有利于提高采集的精度。
在可选的实施例中，长方体包括相对设置的上侧面和下侧面，上侧面用于支撑上方的集沙筒的下侧面，下侧面上靠近后侧面的位置开设排沙口，排沙口位于声波采集器的前方，排沙口的边缘与声波采集器的边缘相接。
这样，风沙流中的沙粒撞击到声波采集器上之后，沙粒在重力的作用下自由下落，可直接通过排沙口排出集沙筒，集沙筒内不易残留沙粒、影响采集的精度。
在可选的实施例中，声波采集器完全覆盖后侧面。
这样，通过入沙口进入集沙筒的沙粒能够完全撞击到后侧面上的声波采集器，有利于提高采集的精度。
在可选的实施例中，上方的集沙筒相比于相接触的下方的集沙筒向风沙流的前进方向移动预设距离。
在可选的实施例中，上方的集沙筒的入沙口位于下方的集沙筒入沙口的后方。
在可选的实施例中，上方的集沙筒的排沙口位于下方的集沙筒的后方。
这样，上方的声波采集器在承受沙粒的撞击后，沙粒在重力的作用下从排沙口落出，并落在下方的集沙筒的后方、并直接到达地面，不会撞击到下方的集沙筒，保证下方的集沙筒中的声波采集器不会采集到下落的沙粒的撞击声，提高各个声波采集器的检测精度。
在可选的实施例中，多个集沙筒位于同一竖直平面内。
这样，便携免采集单向阶梯式风沙流采集仪可以采集同一竖直平面内不同高度处风沙流的沙粒的总质量M，便于后续研究风沙流的结构特效。
在可选的实施例中，声波式采沙模块还包括：
声波记录仪，与声波采集器连接，声波记录仪用于记录声波，并形成声波图谱；
采集仪，与声波记录仪连接，采集仪用于根据声波图谱统计出沙粒的数量a和质量m，并根据数量a和质量m，计算出沙粒的总质量M。
在可选的实施例中，采集仪用于根据声波图谱的波峰数量b，得出沙粒的数量a，还用于根据声波图谱的单个波峰的振幅A，得出单颗沙粒的能量P，并根据单颗沙粒的能量P，得出单颗沙粒的质量m。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的可移动梯度式声波集沙仪的第一视角的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的可移动梯度式声波集沙仪的第二视角的结构示意图；
图3为集沙筒的结构示意图；
图4为声波式集沙模块的组成示意图。
图标：100-便携免采集单向阶梯式风沙流采集仪；110-集沙筒；111-入沙口；112-排沙口；113-上侧面；114-下侧面；115-后侧面；120-声波式采沙模块；121-声波采集器；122-声波记录仪；123-风速采集传感器；124-采集仪；125-太阳能板；126-蓄电瓶。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。
请参考图1和图2，本实施例提供了一种便携免采集单向阶梯式风沙流采集仪100，便携免采集单向阶梯式风沙流采集仪100包括集沙筒110和声波式采沙模块120。其中，声波式采沙模块120包括声波采集器121。声波采集器121安装在每个集沙筒110的底部，声波采集器121用于承受风沙流中沙粒的撞击，声波式采沙模块120根据撞击产生的声波，统计出沙粒的数量a、质量m以及总质量M，起到集沙仪的功能。
多个集沙筒110层叠设置、呈现阶梯式布局，上方的集沙筒110相比于相接触的下方的集沙筒110向风沙流的前进方向移动预设距离。每个集沙筒110上开设入沙口111和排沙口112，每个集沙筒110的底部都安装有声波采集器121，能实现对不同高度的沙粒的采集，采集到的总质量M对于风沙流结构特征的研究具有代表性，进一步，减小了输沙率与实际输沙率之间的误差，对土壤抗风蚀能力的评估精度也更高。
多个集沙筒110位于同一竖直平面内。这样，便携免采集单向阶梯式风沙流采集仪100可以采集同一竖直平面内不同高度处风沙流的沙粒的总质量M，便于后续研究风沙流的结构特效。
请参阅图3，集沙筒110的外形为长方体，长方体包括相对设置的前侧面(图中未标出)和后侧面115，入沙口111开设在整个前侧面上，声波采集器121安装在后侧面115的内侧。这样，集沙筒110的结构形式简单、生产方便，多个集沙筒110组装快捷，层叠在一起稳定性较好，更能适应具有风沙流的野外环境。风沙流从集沙筒110的前侧面上的入沙口111进入能够完全撞击到后侧面115上的声波采集器121，有利于提高采集的精度。
请参阅图1和图3，长方体包括相对设置的上侧面113和下侧面114，上侧面113用于支撑上方的集沙筒110的下侧面114，下侧面114上靠近后侧面115的位置开设排沙口112，排沙口112位于声波采集器121的前方，排沙口112的边缘与声波采集器121的边缘相接。这样，风沙流中的沙粒撞击到声波采集器121上之后，沙粒在重力的作用下自由下落，可直接通过排沙口112排出集沙筒110，集沙筒110内不易残留沙粒、影响采集的精度。
优选地，声波采集器121完全覆盖后侧面115。这样，通过入沙口111进入集沙筒110的沙粒能够完全撞击到后侧面115上的声波采集器121，有利于提高采集的精度。
在其它实施例中，集沙筒110也可以设计为其它上侧面与下侧面为平面的形状，例如梯形、正多边形等。
上方的集沙筒110的入沙口111位于下方的集沙筒110入沙口111的后方。上方的集沙筒110的排沙口112位于下方的集沙筒110的后方。这样，上方的声波采集器121在承受沙粒的撞击后，沙粒在重力的作用下从排沙口112落出，并落在下方的集沙筒110的后方、并直接到达地面，不会撞击到下方的集沙筒110，保证下方的集沙筒110中的声波采集器121不会采集到下落的沙粒的撞击声，提高各个声波采集器121的检测精度。
请参阅图4，声波式采沙模块120还包括声波记录仪122、风速采集传感器123、采集仪124、太阳能板125和蓄电瓶126。
声波采集器121用于承受风沙流中沙粒的撞击，声波采集器121将撞击产生的声波传输给声波记录仪122。声波记录仪122用于记录声波，并形成声波图谱。采集仪124可以选用具有数据处理功能的控制器，采集仪124用于从声波记录仪122获取声波图谱，根据声波图谱统计出沙粒的数量a和质量m，并根据数量a和质量m，计算出沙粒的总质量M。
具体的，采集仪124用于根据声波图谱的波峰数量b，得出沙粒的数量a。也就是说，声波图谱中的波峰数量b能够反映沙粒的数量a，一颗沙粒撞击到声波采集器121上就会形成一个波峰，这样，声波图谱的波峰数量b就等于沙粒的数量a。
采集仪124还用于根据声波图谱的单个波峰的振幅A，得出单颗沙粒的能量P，并根据单颗沙粒的能量P，得出单颗沙粒的质量m，之前已经计算出沙粒的数量a，从而就能计算出沙粒的总质量M。
其中，单颗沙粒的质量m的计算公式为：
m＝P/v
式中，v为沙粒的速度，沙粒的速度等于风沙流的速度，风速采集传感器123与采集仪124电连接，风速采集传感器123用于采集风沙流的速度。
沙粒的总质量M的计算公式为：
M＝m1+m2+…+mn
式中，m1、m2…mn分别为n颗沙粒的质量。
太阳能板125、蓄电瓶126和采集仪124依次电连接，太阳能板125用于将太阳能转化成电能、并存储到蓄电瓶126，蓄电瓶126用于向采集仪124供电。
本发明实施例提供的便携免采集单向阶梯式风沙流采集仪100的有益效果包括：
1.风沙流中夹带的沙粒撞击到声波采集器121会产生声波，声波式集沙模块根据撞击产生的声波，统计出沙粒的数量a和质量m，从而能够计算出特定时间段内撞击到声波采集器121的沙粒的总质量M，起到集沙仪的功能；
2.多个集沙筒110层叠设置、呈现阶梯式布局，每个集沙筒110上开设入沙口111和排沙口112，每个集沙筒110的底部都安装有声波采集器121，能实现对不同高度的沙粒的采集，采集到的总质量M对于风沙流结构特征的研究具有代表性，进一步，减小了输沙率与实际输沙率之间的误差，对土壤抗风蚀能力的评估精度也更高；
3.便携免采集单向阶梯式风沙流采集仪100几乎适用于所有粒径范围的沙粒，只要沙粒能够撞击到声波采集器121上发出声响即可，使用范围受到环境的影响较小。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种便携免采集单向阶梯式风沙流采集仪，其特征在于，所述便携免采集单向阶梯式风沙流采集仪包括：
多个集沙筒(110)，多个所述集沙筒(110)层叠设置、呈现阶梯式布局，每个所述集沙筒(110)上开设入沙口(111)和排沙口(112)；
声波式采沙模块(120)，包括声波采集器(121)，所述声波采集器(121)安装在每个所述集沙筒(110)的底部，所述声波采集器(121)用于承受风沙流中沙粒的撞击，所述声波式采沙模块(120)根据撞击产生的声波，统计出所述沙粒的数量a、质量m以及总质量M。
2.根据权利要求1所述的便携免采集单向阶梯式风沙流采集仪，其特征在于，所述集沙筒(110)的外形为长方体，所述长方体包括相对设置的前侧面和后侧面(115)，所述入沙口(111)开设在整个所述前侧面上，所述声波采集器(121)安装在所述后侧面(115)的内侧。
3.根据权利要求2所述的便携免采集单向阶梯式风沙流采集仪，其特征在于，所述长方体包括相对设置的上侧面(113)和下侧面(114)，所述上侧面(113)用于支撑上方的所述集沙筒(110)的所述下侧面(114)，所述下侧面(114)上靠近所述后侧面(115)的位置开设所述排沙口(112)，所述排沙口(112)位于所述声波采集器(121)的前方，所述排沙口(112)的边缘与所述声波采集器(121)的边缘相接。
4.根据权利要求2所述的便携免采集单向阶梯式风沙流采集仪，其特征在于，所述声波采集器(121)完全覆盖所述后侧面(115)。
5.根据权利要求1所述的便携免采集单向阶梯式风沙流采集仪，其特征在于，上方的所述集沙筒(110)相比于相接触的下方的所述集沙筒(110)向所述风沙流的前进方向移动预设距离。
6.根据权利要求1所述的便携免采集单向阶梯式风沙流采集仪，其特征在于，上方的所述集沙筒(110)的所述入沙口(111)位于下方的所述集沙筒(110)所述入沙口(111)的后方。
7.根据权利要求1所述的便携免采集单向阶梯式风沙流采集仪，其特征在于，上方的所述集沙筒(110)的所述排沙口(112)位于下方的所述集沙筒(110)的后方。
8.根据权利要求1所述的便携免采集单向阶梯式风沙流采集仪，其特征在于，多个所述集沙筒(110)位于同一竖直平面内。
9.根据权利要求1所述的便携免采集单向阶梯式风沙流采集仪，其特征在于，所述声波式采沙模块(120)还包括：
声波记录仪(122)，与所述声波采集器(121)连接，所述声波记录仪(122)用于记录所述声波，并形成声波图谱；
采集仪(124)，与所述声波记录仪(122)连接，所述采集仪(124)用于根据所述声波图谱统计出所述沙粒的数量a和质量m，并根据所述数量a和所述质量m，计算出所述沙粒的总质量M。
10.根据权利要求9所述的便携免采集单向阶梯式风沙流采集仪，其特征在于，所述采集仪(124)用于根据所述声波图谱的波峰数量b，得出所述沙粒的数量a，还用于根据所述声波图谱的单个波峰的振幅A，得出单颗所述沙粒的能量P，并根据单颗所述沙粒的能量P，得出单颗所述沙粒的质量m。
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| CN114659747B (zh) | 2024-02-27 |
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| GR01 | Patent grant | ||
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